2024-08-27
以太網(wǎng)網(wǎng)絡使用不同的網(wǎng)絡硬件來確保設備的連接性。因此，以太網(wǎng)交換機是其中最重要的設備。此交換機非常有效地使用硬件地址來連接設備，因此它被認為是網(wǎng)絡的大腦。目前在計算機網(wǎng)絡或數(shù)據(jù)中心中，這些交換機的重要性一直在增加，因此這些交換機的設計具有不同的配置和規(guī)格。這些交換機根據(jù)設計、架構、功能、端口等不同因素進行區(qū)分。
一、什么是以太網(wǎng)交換機：
用于將筆記本電腦、計算機、服務器、打印機和路由器等有線設備連接到 LAN 或局域網(wǎng)的交換機稱為以太網(wǎng)交換機。此開關允許連接到網(wǎng)絡的各種設備進行數(shù)據(jù)交換和相互通信。
多個以太網(wǎng)交換機端口使各種設備之間的訪問和連接更加順暢。此交換機創(chuàng)建網(wǎng)絡并利用許多端口在局域網(wǎng)內(nèi)的不同設備之間進行通信。
以太網(wǎng)交換機與路由器相比有所不同，因為它連接網(wǎng)絡并僅使用單個LAN和WAN端口，而集線器則與以太網(wǎng)交換機相關，其中連接在局域網(wǎng)上的設備將通過多個端口連接到它們。但這兩者之間的主要區(qū)別在于;集線器在端口之間均勻傳輸帶寬，而以太網(wǎng)交換機可以為某些端口提供更多帶寬，而不會破壞網(wǎng)絡性能。每當網(wǎng)絡上的各種設備處于活動狀態(tài)時，以太網(wǎng)交換機就會提供更強大的性能。
二、以太網(wǎng)交換機的特征：
以太網(wǎng)交換機的功能包括以下內(nèi)容。
1．以太網(wǎng)交換機在 OSI 模型的數(shù)據(jù)鏈路層/第 2 層運行。
2．它具有更多的端口。
3．該交換機是一種智能網(wǎng)絡設備，可以認為是多端口網(wǎng)絡橋。
4．此交換機使用 MAC（介質訪問控制層）將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)绞走x端口。
5．它利用數(shù)據(jù)包交換方法將數(shù)據(jù)包從源轉發(fā)和獲取到目標設備。
6．它支持單播、多播和廣播通信。
7．此處使用的傳輸方式是全雙工。
8．這些交換機被稱為主動設備，因為它們配備了網(wǎng)絡管理和網(wǎng)絡軟件的功能。
9．在將數(shù)據(jù)發(fā)送到目標端口之前，這些開關會執(zhí)行一些錯誤檢查。
三、以太網(wǎng)交換機架構：
我們知道以太網(wǎng)交換機主要用于形成計算機的網(wǎng)絡和其他設備。這些交換機主要由網(wǎng)絡工程師用于從一個設備連接到另一個設備。以太網(wǎng)交換機架構中的主要組件包括CPU、復制引擎、轉發(fā)引擎、交換機結構、控制器和緩沖區(qū)。
1．中央處理器：
交換機中的 CPU 負責處理設備上的所有基本指令。CPU 類似于您的大腦負責通過身體傳輸信號以執(zhí)行不同的事情。同樣，CPU 的工作原理類似于以太網(wǎng)交換機的大腦。
2．復制引擎：
以太網(wǎng)交換機內(nèi)的復制引擎的任務是復制數(shù)據(jù)包并將它們傳輸?shù)剿麄冞x擇的目的地。在目前的組織中，僅將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡中的多個目的地變得越來越普遍。
這通過一次性傳輸重復的數(shù)據(jù)包來保持數(shù)據(jù)在整個網(wǎng)絡中快速有效地流動，而不是將單個獨特的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)絾蝹€目的地，然后再將其傳輸?shù)较乱粋€目的地。
3．轉發(fā)引擎：
這個交換機的轉發(fā)引擎是負責在設備上做出所有路由和切換決策的主要組件。為此，轉發(fā)引擎包括將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)胶线m目的地的查找表。每個數(shù)據(jù)包都包含如源和目標數(shù)據(jù)包地址的信息。轉發(fā)引擎簡單地讀取數(shù)據(jù)包上的目的地地址，然后，它相應地在那里傳輸。
4．交換矩陣：
交換矩陣主概念可能相當困難，因為它涉及一些困難的主題。基本上，開關布包括硬件和軟件，其中包含在網(wǎng)絡節(jié)點中的開關單元，而軟件是控制開關通道所必需的。交換機結構被用作隱喻來解釋交換路徑和端口之間的關系。
5．VOQ：
Virtual Output Queues 是一個極高速的內(nèi)存模塊，用于在芯片內(nèi)執(zhí)行幀隊列。在這里，需要 Queueing 來檢查結構是否在出站方式中未超限。此外，從交換矩陣到達的數(shù)據(jù)包不應使 MAC 接口溢出。
6．10G MAC：
以太網(wǎng)端口中的 10G 媒體訪問控制提供高達每秒 100 億比特的數(shù)據(jù)速度。
四、以太網(wǎng)交換機如何工作：
以太網(wǎng)交換機的工作原理是學習連接到它的每臺設備的地址和 MAC（媒體訪問控制）地址。然后，它使用此信息來決定應將數(shù)據(jù)包發(fā)送到何處。例如，如果一個用戶向同一交換機上的另一個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，則交換機將知道他們的計算機在哪里，并將數(shù)據(jù)包直接發(fā)送到那里，而不是沿著環(huán)繞建筑物的長電纜路徑發(fā)送數(shù)據(jù)包，直到到達目的地。通過減少網(wǎng)絡流量并提高性能，交換機有助于保持網(wǎng)絡平穩(wěn)高效地運行。
它的功能類似于集線器，但它比集線器具有更高的智能和更高的性能。與使用碰撞來確定何時應發(fā)送數(shù)據(jù)的集線器不同，交換機使用去沖突。交換機還具有存儲和轉發(fā)幀的能力，因此即使網(wǎng)段上沒有空閑端口，它們也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。這意味著，如果一臺計算機向同一網(wǎng)段上的另一臺計算機發(fā)送數(shù)據(jù)包，并且沒有可用的端口供交換機發(fā)送該數(shù)據(jù)包，則交換機將保留它，直到有可用端口或直到指定的超時期限已過;在任何一種情況下，它都會嘗試尋找另一個端口來發(fā)送數(shù)據(jù)包。當數(shù)據(jù)包到達 input 端口（或端口）時，會將其與存儲在內(nèi)存中的查找表進行比較，并相應地將數(shù)據(jù)發(fā)送到相應的端口。
為此，它會讀取 ethernet 標頭的 EtherType 字段。Ethernet 標頭中的 Ether type 字段用于指示負載的協(xié)議類型。以太網(wǎng)交換機使用此字段來確定是否應轉發(fā)或丟棄數(shù)據(jù)包。例如，IPv4 數(shù)據(jù)包的 EtherType 字段設置為 0x0800，因此所有交換機都會丟棄 EtherType 不是 0x0800 的數(shù)據(jù)包。
交換機將丟棄目標 MAC 地址與其自己的 MAC 地址不匹配的所有數(shù)據(jù)包。交換機還應配置生成樹協(xié)議 （STP） 端口優(yōu)先級和路徑開銷值，以便它僅通過 STP 正確配置的端口轉發(fā)幀。
如果交換機收到多個發(fā)往同一端口的幀，則必須使用某種機制來解決沖突。為了減少沖突，大多數(shù)以太網(wǎng)交換機在共享媒體段上傳輸數(shù)據(jù)時使用 CSMA/CD 協(xié)議。
它使用 CSMA/CD（帶沖突檢測的載波偵聽多址訪問）協(xié)議來確定何時傳輸數(shù)據(jù)。
CSMA/CD 是一種協(xié)議，用于在多個站點之間共享單個通信通道，以便所有站點都有平等的機會傳輸數(shù)據(jù)。當工作站想要發(fā)送數(shù)據(jù)時，它首先偵聽網(wǎng)線上的任何其他流量。如果沒有其他流量，則 station 會發(fā)送其數(shù)據(jù)。如果工作站檢測到另一次傳輸，它將等到另一次傳輸完成，然后再嘗試發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。
當兩個工作站嘗試同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，它們被稱為沖突。每個工作站都會收到一條錯誤消息，指示它們已發(fā)生碰撞，應稍后重試發(fā)送其數(shù)據(jù)。
以太網(wǎng)交換機和集線器之間的主要區(qū)別在于，以太網(wǎng)交換機只能將數(shù)據(jù)包發(fā)送到預期接收者所在的端口，而集線器會將所有數(shù)據(jù)包轉發(fā)到除接收數(shù)據(jù)包的端口之外的每個端口。
五、以太網(wǎng)交換機的類型：
1．被動矩陣網(wǎng)絡交換機：被動矩陣交換機使用硅二極管陣列來確定哪個端口應接收每個傳入幀。這使得它們比有源矩陣開關更便宜，但對于大多數(shù)應用來說仍然足夠快。
2．有源矩陣網(wǎng)絡交換機：有源矩陣交換機使用晶體管而不是二極管作為其開關元件。這使它們更加節(jié)能，并且還使它們能夠處理比無源矩陣開關所能支持的速度高得多的速度
六、以太網(wǎng)交換機端口：
以太網(wǎng)交換機端口用于將網(wǎng)絡設備連接到交換機。這些端口具有物理開口，用于插入用于連接各種設備的數(shù)據(jù)線。這些端口的分類可以根據(jù)不同的因素進行，如下所示。
基于架構：以太網(wǎng)交換機端口根據(jù)架構進行分類。
1．Access Port：此端口是以太網(wǎng)交換機上的一種連接類型，用于從確切的 VLAN 傳輸數(shù)據(jù)或將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱_切的 VLAN。此端口有助于將交換機連接到不同的主機設備，如打印機、臺式機、筆記本電腦等。
2．中繼端口：交換機上的中繼端口用于從多個VLAN傳輸數(shù)據(jù)。此端口在將交換機連接到其他交換機、服務器、路由器等時非常有用。
3混合端口：此交換機中的混合端口用于與一個或多個 VLAN 之間傳輸數(shù)據(jù)。此端口用于連接不同的網(wǎng)絡設備以及用戶設備。這個端口簡單地支持來自虛擬局域網(wǎng)的標記和未標記的幀。此端口還同時從 VLAN 獲取幀。
基于功能：以太網(wǎng)交換機端口根據(jù)功能進行分類。
1．組合端口：組合端口是一個復合端口，它通過相似的端口號和交換機結構支持兩個不同的物理端口，盡管這兩個端口不能同時使用。此端口對于根據(jù)應用程序的要求配置交換機非常有用。
2．堆棧端口：這是一種特殊端口，用于連接另一個相同型號、軟件版本和品牌的可堆疊交換機，通過相當于組合交換機數(shù)量的端口容量作為單個可堆疊交換機運行。此端口有助于建立非常遠的距離連接。
3．PoE 端口：在 PoE 端口中，術語 PoE 代表以太網(wǎng)供電。這個端口只允許一根網(wǎng)線同時傳輸電源和數(shù)據(jù)。這個端口用于不同的設備，如IP安全攝像頭或無線網(wǎng)絡中繼器，這些設備使用單一的以太網(wǎng)電纜進行數(shù)據(jù)、語音和電源。
以設計為基礎：以太網(wǎng)交換機端口進行分類。
1．RJ45 端口：RJ45 或注冊插孔 45 端口用于在需要以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的地方通過其他設備進行通信。該端口支持高達 100 Mbps 的速度，用于 LAN、桌面交換機的上行鏈路、數(shù)據(jù)中心的服務器交換等。
2．SFP 端口：網(wǎng)絡設備上的 SFP 端口或小型可插拔端口是連接 SFP 收發(fā)器的插槽。它允許千兆交換機連接到各種以太網(wǎng)和光纖電纜，以擴展通過網(wǎng)絡切換的功能。此端口支持高達 1 Gbps 的速度。
3．SFP+ 端口：SFP 端口的高級版本是 SFP+ 端口，它以 10 Gbps 的速度保持高數(shù)據(jù)速率。SFP+ 收發(fā)器無法插入 SFP 端口，因為 SFP+ 不支持低于 1Gbps 的速度。
4．SFP28 端口：SFP+ 端口的增強版是 SFP28 端口，主要用于傳輸 25G 信號。該端口還支持高達 25 Gbps 的速度，也用于升級網(wǎng)絡。
5．QSFP+ 端口：QSFP+ 端口或四通道小型端口主要包括四個通道，用于為相應的 SFP 提供四倍速度的支持。此端口支持高達 40 Gbps 的速度。此端口包括一個 4 通道 10 Gbps SFP+ 接口
6．QSFP28 端口：四個小型 28 端口（QSFP28 端口）包括四個通道，支持速度是相應 SFP 的四倍。此端口支持高達 100 Gbps 的速度。它包括 25 Gbps 4 通道 SFP28 接口。
七、以太網(wǎng)交換機的類型：
以太網(wǎng)交換機有管理型和非管理型交換機兩種類型，下面將討論。
1．管理型交換機：
管理型交換機提供至少 100 到 1000 個配置選項，這些選項對于公司 LAN 非常有用，范圍從中型到大型。這種以太網(wǎng)交換機在網(wǎng)絡上擁有完整的控制權，可以安排以太網(wǎng)的每個端口。此外，這有助于通過千兆位或 10 Gb 鏈路在網(wǎng)絡上實現(xiàn)最高效率。這些類型的開關允許操作員在網(wǎng)絡中包含新設備時安排自定義的安全策略進行授權和認證。
2．非管理型交換機：
無人值守交換機是即插即用設備，需要在以太網(wǎng)電纜之外進行特殊安裝。它的安排主要取決于以太網(wǎng)設備之間的自動協(xié)商，這有助于允許它們之間的通信。
此外，這個交換機就像一個端口倍增器，可以自動識別適當?shù)臄?shù)據(jù)速率，并在半雙工和全雙工模式之間切換。
這些開關可以通過操作員物理更改來訪問，這些開關提供了基本的網(wǎng)絡訪問功能，無需定制。但是，這些類型的交換機并不像管理交換機那樣提供安全性和靈活性。
八、以太網(wǎng)交換機與路由器的區(qū)別：
以太網(wǎng)交換機和路由器之間的區(qū)別包括以下內(nèi)容。
此交換機無法實現(xiàn) NAT（網(wǎng)絡地址轉換）。
1． 以太網(wǎng)交換機：
以太網(wǎng)交換機用于連接網(wǎng)絡內(nèi)的多個聯(lián)網(wǎng)設備。
開關適用于 OSI 模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。
交換機包括不同的端口，如 8、16、24、48 和 64。
它用于局域網(wǎng)。
它只提供端口安全性。
在做出復雜的路由決策時，交換機需要更多時間。
這些被稱為半智能設備。
它以幀（用于 L2 交換機）和數(shù)據(jù)包（用于 L3 交換機）的形式將信息從一個設備發(fā)送到另一個設備。
這些開關可在任何傳輸模式下工作，例如全雙工或半雙工。
交換機通過有線網(wǎng)絡工作。
交換機中使用內(nèi)容可尋址內(nèi)存（CAM）表作為源和目標MAC地址。
路由器可以通過有線和無線網(wǎng)絡工作。
2．路由器：
路由器用于連接多個交換機及其等效網(wǎng)絡。
此路由器可在 3RD層，即網(wǎng)絡層。
路由器包括兩個端口快速以太網(wǎng)和串行端口。
該路由器可以實現(xiàn) （Network Address Translation）。
它用于局域網(wǎng)或城域網(wǎng)。
它提供安全措施來保護網(wǎng)絡免受安全威脅。
路由器可以比交換機更快地做出路由決策。
這些設備稱為智能網(wǎng)絡設備。
它以數(shù)據(jù)包的形式將信息從一個網(wǎng)絡發(fā)送到另一個網(wǎng)絡。
路由器只能在全雙工傳輸模式下工作，但是，以對其進行物理修改以在半雙工模式下工作。
路由器中使用路由表來獲取目標 IP 的最佳路由。
3．優(yōu)勢：
以太網(wǎng)交換機的優(yōu)點包括以下內(nèi)容。
這些交換機在減少網(wǎng)絡停機時間方面非常有用。
網(wǎng)絡性能有待提升。
它會增加網(wǎng)絡上的可用帶寬。
它通過強大的安全功能保護您的企業(yè)網(wǎng)絡
通過遠程管理選項和布線費用降低IT成本。
它為特定工作站提供獨特的網(wǎng)絡交換機連接，以進行其他自定義。
它增加了組織的數(shù)據(jù)傳輸容量。
它減輕了單獨主機 PC 的負擔。
4．以太網(wǎng)交換機的缺點：
這些開關很昂貴。
交換機橋故障可能導致網(wǎng)絡關閉。
使用交換機跟蹤網(wǎng)絡連接問題很困難。
需要一個適當且最重要的設計來處理多播數(shù)據(jù)包。
5．應用：
以太網(wǎng)交換機的應用包括以下內(nèi)容。
這些交換機在將有線設備如筆記本電腦、計算機、服務器、打印機和路由器連接到局域網(wǎng)中起著關鍵作用。
這個交換機是一種網(wǎng)絡硬件，它是互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡的基礎。
有許多以太網(wǎng)交換機端口允許在眾多設備之間實現(xiàn)非常順暢的訪問和快速連接。
此交換機使用多個端口并創(chuàng)建一個網(wǎng)絡以與局域網(wǎng)內(nèi)的不同設備進行通信。
這是以太網(wǎng)中最常用的網(wǎng)絡交換機類型，用于通過分組交換連接不同的以太網(wǎng)設備，以處理、轉發(fā)和接收數(shù)據(jù)。
此交換機僅允許您將一根以太網(wǎng)電纜旋轉為多個有線連接。
這是一種通常在辦公室網(wǎng)絡或家庭中找到的物理設備。
因此，這就是以太網(wǎng)交換機的概述，與應用程序一起使用。這是一種電信設備，用于將多個設備或計算機連接在一起，以毫無困難地擴展網(wǎng)絡。選擇以太網(wǎng)交換機時需要考慮不同的因素，例如傳輸速度、交換機端口數(shù)量、網(wǎng)絡基礎設施、功能、價格差異和可靠的供應商。
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